(57)【要約】  本発明の放射線検出器１は、共通電極５の外縁部に沿って高抵抗膜７の上面にバリア層２７を備えていることで、アモルファス半導体層９と硬化性合成樹脂２９との化学反応することを防止することができる。また、バリア層２７は、硬化性合成樹脂膜２９と接着性を有することで、温度変化によりバリア層２７と硬化性合成樹脂膜２９との界面で剥離してしまう等、強度が不十分になり、反りや亀裂を抑える効果が低減してしまうことを防止することができる。また、バリア層２７の材料は、アモルファス半導体層９と化学反応してしまう物質を含まない絶縁材料であるので、バリア層２７の材料の含有成分による半導体層との化学反応を防止することができる。これにより、電界が集中する共通電極５外縁部の沿面放電を防止することができる。
2011042930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、
（ｂ）前記半導体層の上面を覆うように形成される、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、
（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成される、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、
（ｄ）前記半導体層の下面に形成される、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに蓄積して読み出すマトリックス基板と、
（ｅ）前記マトリックス基板の上面に形成された前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、
（ｆ）前記硬化性合成樹脂膜を挟んで前記マトリックス基板と対面するように配置され、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板と、
（ｇ）前記共通電極の外縁部に沿って前記高抵抗膜の上面に形成され、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を防止するとともに、前記硬化性合成樹脂膜と接着性を有し、前記半導体層とは化学反応しない絶縁材料からなるバリア層と、
を備えていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記共通電極は、多角形状であり、
前記バリア層は、共通電極の外縁部に沿って前記高抵抗膜の上面に形成する領域の内、前記共通電極の頂点周辺部分に限定した領域の上面に形成することを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射線検出器において、
前記マトリックス基板は、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに収集する画素電極と、前記画素電極に収集されたキャリアの数に相応した電荷を蓄積するコンデンサと、前記蓄積された電荷を読み出すスイッチ素子と、格子状に配列され、かつ、各格子点に設けられた前記スイッチ素子と接続された電荷配線とで構成されるアクティブマトリックス基板であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記半導体層は、アモルファス・セレンであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記硬化性合成樹脂膜は、エポキシ樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記バリア層の膜厚は、前記高抵抗膜よりも厚く上限は５００μｍ以下であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記バリア層は、アミン系材料を含まない非アミン系合成樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項８】
請求項７に記載の放射線検出器において、
前記バリア層は、４０℃未満の温度で形成される前記非アミン系合成樹脂であることを特徴とする放射線検出器。
【請求項９】
請求項８に記載の放射線検出器において、
前記非アミン系合成樹脂は、アミン系材料を含まない非アミン系溶剤に溶解させたアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂および合成ゴムのいずれかであり、非アミン系溶剤を常温で揮発させて形成されることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１０】
請求項９に記載の放射線検出器において、
前記非アミン系溶剤は、トルエン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、キシレンおよびジクロロベンゼンの少なくとも１つを含むものであることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１１】
請求項８に記載の放射線検出器において、
前記バリア層は、光硬化性樹脂であり、光照射により硬化させて形成されることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１２】
請求項８に記載の放射線検出器において、
前記バリア層は、前記非アミン系合成樹脂を真空蒸着法により被着させて形成されることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の放射線検出器において、
前記非アミン系合成樹脂は、ポリパラキシリレンであることを特徴とする放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用あるいは医用の放射線検出器に係り、特に放射線を直接キャリアに変換する放射線検出器の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の直接変換タイプの放射線検出器は、放射線感応型の半導体層の表面に形成された共通電極に所定のバイアス電圧を印加するとともに、半導体層の裏面に形成されたキャリア収集電極で放射線（Ｘ線等）の照射に伴って生成されたキャリアを収集して放射線検出信号として取り出すことにより放射線の検出を行う構成となっている。【０００３】
特に、ａ‐Ｓｅ（アモルファス・セレン）のようなアモルファス半導体層を半導体層として用いる場合、アモルファス半導体は、真空蒸着等の方法により簡単に厚くて広い層を形成することができる。そのため、大面積かつ厚い層が必要な２次元アレイ型放射線検出器を構成するのに適している。【０００４】
しかしながら、このような、従来の直接変換型の放射線検出器には、共通電極に高電圧を印加して使用するので、放電現象による問題、特に沿面放電が生じやすいという問題がある。沿面放電は、高電圧が印加された共通電極から半導体層などの表面に沿って、各種配線や素子等が形成されたマトリックス基板側へ電流が流れてしまう現象のことである。これにより、放射線検出器にダメージが加わることになり、放射線の検出精度が低下する等、製品寿命を短くする原因となってしまう。【０００５】
特許文献１には、図９に示すように、沿面放電を抑えるため、共通電極１０５、キャリア選択性の高耐圧膜１０７、アモルファス半導体層１０９の表面全体を、高耐圧の絶縁膜であるシリコーン樹脂の硬化性合成樹脂膜１２９で覆った構成の放射線検出器が提案されている。しかしながら、この構成では、熱膨張係数の違いから温度変化により放射線検出器に反りが生じてしまう。これにより、共通電極１０５、高抵抗膜１０７、アモルファス半導体層１０９、およびシリコーン樹脂の硬化性合成樹脂膜１２９に亀裂が入り、沿面放電耐圧が不十分なものとなってしまう。【０００６】
そこで、特許文献２のように、絶縁性基板１２３と同程度の熱膨張係数を持つ絶縁性の補助板１３１を、硬化性合成樹脂膜１２９を挟んで絶縁性基板１２３と対面する位置に固定することで、放射線検出器の反りを抑える構成が提案されている（図１０）。また、これと同様の構成が特許文献３にも提案されている。【０００７】
特許文献３には、さらに、アモルファス半導体層１０９等が形成された絶縁性基板１２３と補助板１３１との間に形成される硬化性合成樹脂膜１２９にシラン化合物を使用することが提案されている。これにより、硬化性合成樹脂膜１２９の熱膨張係数を絶縁性基板１３１と同程度にすることができ、反りや亀裂を抑えることができる。【０００８】
しかしながら、大面積形成に最適なａ‐Ｓｅのようなアモルファス半導体１０９は、ガラス転移温度が低い（すなわち、熱に弱い）ので、加熱して硬化するタイプの硬化性合成樹脂１２９は使用できず、常温で硬化するタイプの硬化性合成樹脂を使用しなければならない制約がある。特許文献２では、４０℃未満の常温で硬化する硬化性合成樹脂１２９としてエポキシ樹脂が用いられ、エポキシ樹脂の含有成分がアモルファス半導体膜１０９との反応性が比較的小さいことが記載されている。さらに、エポキシ樹脂とアモルファス半導体膜１０９との化学反応を防ぐために、共通電極１０５とアモルファス半導体層１０９との間に、Ｓｂ２Ｓ３膜のような耐溶剤性でかつキャリア選択性の高抵抗膜１０７を挟んだ構成が提案されている。【０００９】
特許文献４には、Ｓｂ２Ｓ３膜と同等の効果を有するものとして、正孔移動剤を混入させたポリカーボネートの有機膜を用いた構成の放射線検出器が提案されている。【００１０】
また、特許文献５には、図１１に示すように、共通電極１０５とアモルファス半導体層１０９との外縁部との間に、高耐圧の絶縁性物質１２８を形成し、共通電極１０５の外縁部の電界集中による貫通放電や沿面放電を阻止するものが提案されている。高耐圧の絶縁性物質１２８の例として、絶縁性物質１２８の含有成分とアモルファス半導体層１０９との化学反応が小さく、かつ常温で硬化するタイプの材料である、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の絶縁樹脂が挙げられている。これらの絶縁性物質１２８の形成厚は、必要とするバイアス電圧によって決まり、バイアス電圧が高ければ厚くしなければならないと記載されている。なお、図９から図１１および図１３において同じ構成のものには、同じ符号を付すものとする。
【特許文献１】特開２００２−９２６８号公報
【特許文献２】特開２００２−３１１１４４号公報
【特許文献３】特開２００２−１１６２５９号公報
【特許文献４】特開２０００−２３０９８１号公報
【特許文献５】特開２００３−１３３５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献にも開示されていない新たな問題点が発見された。それは、図１０に示すように、アモルファス半導体層１０９の表面全体を耐溶剤性かつキャリア選択性の高抵抗膜１０７で覆っているにもかかわらず、アモルファス半導体層のａ‐Ｓｅが硬化性合成樹脂膜であるエポキシ樹脂の含有成分と化学反応することである。この反応は比較的小さいものであるが、高電圧下で長時間経過させるとアモルファス半導体層１０９が結晶化して表面抵抗値が低下し、特に電界が集中する共通電極１０５の外縁部に、沿面放電の兆候であるトリー現象が発生する。図１２は、図１３の構成の放射線検出器を４０℃１４ｋＶの条件下で加速試験を行った後の共通電極外縁部の光学顕微鏡写真であり、共通電極１０５の外縁部から樹脂放電痕であるトリーが成長している様子を示している。トリーが成長して沿面放電が起きると、放電部付近では、図１４に示すような、ライン状のノイズが発生する。このライン状のノイズが発生した部分では検出精度が著しく低下してしまう。【００１２】
なお、図１４は、共通電極１０５にバイアス電圧を印加して、放射線を照射しないで各検出素子により検出した画像である。なお、図１３に示す放射線検出器は、加速試験用に使用するものであり、配線や素子等が形成された絶縁性基板１２３上に順番に、キャリア選択性の高抵抗膜１０８、アモルファス半導体層１０９、キャリア選択性の高抵抗膜１０７、共通電極１０５を形成して構成している。そして、アモルファス半導体層１０９、高抵抗膜１０７，１０８、および共通電極１０５の露出している表面全体を覆うように、絶縁性基板１２３、補助板１３１、およびスペーサ１３３で囲まれた空間に硬化性合成樹脂１２９を注入して構成されている。【００１３】
また、特許文献３のシラン化合物は、絶縁性基板１２３であるガラス基板と熱膨張係数が同等であるものの、ａ‐Ｓｅ半導体層の熱膨張と収縮に耐え得る強度を持たすためには、数ｍｍ以上の厚さと、完全な加水分解反応による架橋形成が必要である。しかしながら、大面積半導体層上への塗布膜を得るためには架橋反応の途中で有機溶剤に溶解させる必要があり、これにより、シラン化合物の濃度が低下して十分な強度を得ることができない。また、強度を得るためには、塗布後、有機溶剤を完全に揮発させて高濃度の厚膜を形成する必要があり、少なくとも４０℃以上８０℃以下に加熱させなければならない。この加熱により、シラン化合物の硬化が促進されるが、ａ‐Ｓｅ半導体層はアモルファス状態から結晶化する問題が発生した。つまり、ａ‐Ｓｅのようなアモルファス半導体はガラス転移温度が低いので、４０℃未満の常温で硬化する硬化性合成樹脂膜１２９を選択しなければならない。【００１４】
また、特許文献５のように、共通電極１０５の外縁部の電界集中を緩和して放電現象を防止するために、共通電極１０５の外縁部の下に絶縁性物質１２８を形成し、共通電極１０５の外縁部形状に仰角を付ける構成が提案されているが（図１１）、共通電極１０５、アモルファス半導体層１０９、および高耐圧の絶縁性物質１２８が全て接触する三重点では、アモルファス半導体層１０９と高耐圧の絶縁性物質１２８の誘電率が異なる場合、理論的には電界が無限大になることが証明されている。アモルファス半導体層１０９がａ‐Ｓｅの場合誘電率は６〜７であり、特許文献５に挙げられている絶縁材料は全て誘電率が２〜６であるので、三重点部の電界が大きくなり、逆に暗電流増加や貫通放電現象が発生することが想像される。【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、共通電極外縁部から発生する沿面放電を防止することができる放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明者は鋭意研究した結果、次の知見を得ることができた。先ず、ａ‐Ｓｅと化学反応して低抵抗化させる物質が何であるかを特定するために、ａ‐Ｓｅと、エポキシ樹脂の主剤と硬化剤の混合物を、両者が互いに接触しないように密封し、４０℃で１０日間放置した。すると、エポキシ樹脂からの揮発成分でａ‐Ｓｅ表面が結晶化することがわかった。揮発成分をガスクロマトグラフィーで分析し、分離したガス成分からなる試薬を数種類、ａ‐Ｓｅ上に滴下して結晶化状態を比較した結果、アミン系の試薬が激しくａ‐Ｓｅを結晶化させることがわかった。ａ‐Ｓｅは結晶化すると低抵抗化するので、以上の実験結果より、エポキシ樹脂の含有成分の中でａ‐Ｓｅを低抵抗化させる成分は、アミン系化合物であることがわかった。【００１７】
また、図１０に示すように、アモルファス半導体層１０９の表面全体をキャリア選択性の高抵抗膜１０７で覆っているにもかかわらず、アモルファス半導体層１０９がエポキシ樹脂の含有成分と化学反応する原因は、キャリア選択性の高抵抗膜１０７が、図１５に示されるように、完全に緻密な膜でないことに起因することが判明した。図１５はキャリア選択性の高抵抗膜の断面電子顕微鏡写真であり、この写真よりキャリア選択性の高抵抗膜１０７の内部に緻密でない領域があることが判明した。このキャリア選択性の高抵抗膜１０７の不完全緻密性の影響を無くし、含有成分の浸透を防ぐには、キャリア選択性の高抵抗膜１０７の膜厚を厚くしなければならない。しかしながら、膜厚を厚くすればするほどキャリアの走行性が劣化し、特に数μｍを超えると放射線の検出感度が低下するので、キャリア選択性の高抵抗膜１０７の膜厚を厚くするにも限界がある。そのため、図１６に示すように、電界が集中する共通電極外縁部の膜厚のみを厚くする構成が考えられるが、形成が困難である。そこで、電界が集中する共通電極１０５の外縁部周辺に新たなバリア層を形成することを見出した。【００１８】
また、沿面放電防止のために形成した特許文献１に記載のシリコーン樹脂もアモルファス半導体層と硬化性合成樹脂膜であるエポキシ樹脂の含有成分との化学反応を防ぐ効果があるが、エポキシ樹脂との接着性が悪く、温度変化による反りや亀裂を抑える効果が低減するという問題がある。よって、形成するバリア層は、硬化性合成樹脂膜との接着性が良いことが選択条件となる。また、バリア層は、ａ‐Ｓｅと化学反応せず、４０℃未満の常温で形成できるものを選択する。【００１９】
なお、本願発明者は、国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０５６９４５、ＰＣＴ／ＪＰ２００９／００１６１１に示す発明を本発明に先駆けて提案している。すなわち、図１７に示すように、絶縁性基板２３上に形成されたアモルファス半導体層９、キャリア選択性の高抵抗膜７，８、および共通電極５の露出している表面上と硬化性合成樹脂膜との間にアミン系化合物を含まないバリア層２７Ｂを形成した構成の放射線検出器について提案している。なお、図１６および図１７は、後述する各実施例と同じ構成のものは、同じ符号を付すものとする。【００２０】
本発明は、上記の知見に基づきなされたものであって、その目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る放射線検出器は、（ａ）放射線の入射によりキャリアを生成する放射線感応型の半導体層と、（ｂ）前記半導体層の上面を覆うように形成される、キャリアを選択して透過させる高抵抗膜と、（ｃ）前記高抵抗膜の上面に形成される、前記高抵抗膜および前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、（ｄ）前記半導体層の下面に形成される、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに蓄積して読み出すマトリックス基板と、（ｅ）前記マトリックス基板の上面に形成された前記半導体層、前記高抵抗膜および前記共通電極の表面全体を覆う硬化性合成樹脂膜と、（ｆ）前記硬化性合成樹脂膜を挟んで前記マトリックス基板と対面するように配置され、マトリックス基板と同程度の熱膨張係数を有する絶縁性の補助板と、（ｇ）前記共通電極の外縁部に沿って前記高抵抗膜の上面に形成され、前記半導体層と前記硬化性合成樹脂膜との化学反応を防止するとともに、前記硬化性合成樹脂膜と接着性を有し、前記半導体層とは化学反応しない絶縁材料からなるバリア層と、を備えていることを特徴とするものである。【００２１】
本発明に係る放射線検出器によれば、共通電極の外縁部に沿って高抵抗膜の上面にバリア層を備えていることで、半導体層と硬化性合成樹脂との化学反応することを防止することができる。また、バリア層は、硬化性合成樹脂膜と接着性を有することで、温度変化によりバリア層と硬化性合成樹脂膜との界面で剥離してしまう等、強度が不十分になり、反りや亀裂を抑える効果が低減してしまうことを防止することができる。また、バリア層の材料は、半導体層と化学反応してしまう物質を含まない絶縁材料であるので、バリア層の材料の含有成分による半導体層との化学反応を防止することができる。これにより、電界が集中する共通電極外縁部の沿面放電を防止することができる。【００２２】
また、共通電極の外縁部に沿って高抵抗膜の上面にバリア層を形成することで、半導体層、高抵抗膜、および共通電極の露出している表面全体にバリア層を形成した構成のものと同様に、沿面放電等の放電現象を防止することができる。また、半導体層、高抵抗膜、および共通電極の露出している表面全体にバリア層を形成しないので、バリア層の形成が容易であるとともに、バリア層の材料コストを抑制することができる。【００２３】
本発明に係る放射線検出器において、前記共通電極は、多角形状であり、前記バリア層は、共通電極の外縁部に沿って前記高抵抗膜の上面に形成する領域の内、前記共通電極の頂点周辺部分に限定した領域の上面に形成することが好ましい。共通電極が多角形の場合、最も電界が集中する頂点部分に限定してバリア層を形成することにより、沿面放電等の放電現象の大部分を抑止することができる。また、バリア層の形成がより容易であるとともに、バリア層の材料コストをより抑制することができる。【００２４】
本発明に係る放射線検出器において、前記マトリックス基板は、前記半導体層で生成したキャリアを画素ごとに収集する画素電極と、前記画素電極に収集されたキャリアの数に相応した電荷を蓄積するコンデンサと、前記蓄積された電荷を読み出すスイッチ素子と、格子状に配列され、かつ、各格子点に設けられた前記スイッチ素子と接続された電荷配線とで構成されるアクティブマトリックス基板であることが好ましい。これにより、大画面でありながらクロストークの影響の小さい放射線検出器を製作することができる。【００２５】
本発明に係る放射線検出器において、前記半導体層は、アモルファス・セレンであることが好ましい。これにより、大面積の放射線検出器を製作することができる。また、前記硬化性合成樹脂膜は、エポキシ樹脂であることが好ましい。これにより、補助板との接着性が良いので接着面において剥離するおそれがなく、エポキシ樹脂の硬度が高いので、温度変化による反りや亀裂を生じにくくすることができる。【００２６】
本発明に係る放射線検出器において、前記バリア層の膜厚は、前記高抵抗膜よりも厚く上限は５００μｍ以下であることが好ましい。バリア層の膜厚が薄い場合は、硬化性合成樹脂膜の含有成分が浸透してしまい、硬化性合成樹脂膜の含有成分が半導体層と反応することを防止するバリア層としての機能を有しない。また、バリア層の膜厚が５００μｍよりも厚い場合、温度変化によるバリア層の熱膨張応力の影響で、例えば、高抵抗膜に亀裂を生じさせてしまうことを防止することができる。【００２７】
本発明に係る放射線検出器において、前記バリア層は、アミン系材料を含まない非アミン系合成樹脂であることが好ましい。これにより、バリア層自体の含有成分で半導体層と反応して半導体層の上面の表面抵抗値を低下させてしまうこと防止することができる。また、前記バリア層は、４０℃未満の温度で形成される前記非アミン系合成樹脂であることが好ましい。これにより、バリア層の形成時の熱で半導体層が結晶化して低抵抗化してしまうことを防止することができる。【００２８】
本発明に係る放射線検出器において、前記非アミン系合成樹脂は、アミン系材料を含まない非アミン系溶剤に溶解させたアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂および合成ゴムのいずれかであり、非アミン系溶剤を常温で揮発させて形成されることが好ましい。また、前記非アミン系溶剤は、トルエン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、キシレンおよびジクロロベンゼンの少なくとも１つを含むものであることが好ましい。【００２９】
本発明に係る放射線検出器において、前記バリア層は、光硬化性樹脂であり、光照射により硬化させて形成されることが好ましい。これにより、加熱することなく硬化することができるとともに、硬化時間を短縮して形成することができる。【００３０】
本発明に係る放射線検出器において、前記バリア層は、前記非アミン系合成樹脂を真空蒸着法により被着させて形成されることが好ましい。また、真空蒸着法により被着させる前記非アミン系合成樹脂の一例は、ポリパラキシリレンである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る放射線検出器によれば、共通電極の外縁部に沿って高抵抗膜の上面にバリア層を備えていることで、半導体層と硬化性合成樹脂との化学反応することを防止することができる。また、バリア層は、硬化性合成樹脂膜と接着性を有することで、温度変化によりバリア層と硬化性合成樹脂膜との界面で剥離してしまう等、強度が不十分になり、反りや亀裂を抑える効果が低減してしまうことを防止することができる。また、バリア層の材料は、半導体層と化学反応してしまう物質を含まない絶縁材料であるので、バリア層の材料の含有成分による半導体層との化学反応を防止することができる。これにより、電界が集中する共通電極外縁部の沿面放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１に係る放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【図２】実施例１に係るアクティブマトリックス基板および周辺回路の構成を示す回路図である。
【図３】実施例１に係る放射線検出器の構成を示す概略平面図である。
【図４】図１３に示す従来型の放射線検出器のＡｕ電極外縁部における加速試験後のトリーの発生を示す写真である。
【図５】加速試験後のバリア層の有無によるトリー現象の発生の違いを示す写真である。
【図６】実施例２に係る放射線検出器の構成を示す概略平面図である。
【図７】図１３に示す従来型の放射線検出器における加速試験３日後のトリーの発生を示す写真である。
【図８】図１３に示す従来型の放射線検出器における加速試験２０日後のトリーの発生を示す写真である。
【図９】従来例に係る放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【図１０】従来例に係る放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【図１１】従来例に係る放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【図１２】共通電極外縁部から成長する樹状放電痕であるトリー現象を示す写真である。
【図１３】加速試験で使用した従来型の放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【図１４】沿面放電により生じるライン状のノイズを示し、（ａ）は模式図であり、（ｂ）は写真である。
【図１５】キャリア選択型の高抵抗膜が非緻密領域を有することを示す写真である。
【図１６】共通電極外側のキャリア選択性の高抵抗膜部分に厚みを設けた放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【図１７】国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０５６９４５、ＰＣＴ／ＪＰ２００９／００１６１１に記載の放射線検出器の構成を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１Ａ  …  放射線検出器
５    …  共通電極
７，８…  高抵抗膜
９    …  アモルファス半導体層
２３  …  絶縁性基板
２５  …  アクティブマトリックス基板
２７，２７Ａ  …  バリア層
２９  …  硬化性合成樹脂膜
３１  …  補助板
【実施例１】
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施例1を説明する。図１は、放射線検出器の構成を示す概略縦断面図であり、図２は、アクティブマトリックス基板および周辺回路の構成を示す回路図であり、図３は、放射線検出器の構成を示す概略平面図である。なお、図３は、説明の便宜上、補助板、硬化性合成樹脂膜、およびスペーサを省略して表示している。【００３５】
≪放射線検出器≫
図１を参照する。本実施例の放射線検出器１は、バイアス電源供給部３からバイアス電圧が印加される共通電極５の下層に、キャリアを選択して透過させるキャリア選択性の高抵抗膜７が形成され、さらにその下層に放射線の入射によりキャリアを生成するアモルファス半導体層９が形成されている。つまり、共通電極５にバイアス電極が印加されることで、キャリア選択性の高抵抗膜７およびアモルファス半導体層９にバイアス電圧が印加される。そして、アモルファス半導体層９の下層には再び、キャリア選択性の高抵抗膜７が形成されている。さらにその下層に画素ごとにキャリアを収集する画素電極１１と、画素電極１１に収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１３と、キャリア蓄積用コンデンサ１３と電気的に接続されたスイッチ素子１５および接地ライン１７と、スイッチ素子１５へスイッチ作用の信号を送るゲートライン１９と、スイッチ素子１５を通してキャリア蓄積用コンデンサ１３に蓄積された電荷を読み出すデータライン２１と、それらを支持する絶縁性基板２３とで構成されたアクティブマトリックス基板２５が形成されている。このアクティブマトリックス基板２５によりアモルファス半導体層９にて生成したキャリアを画素ごとに読み出すことができる。【００３６】
なお、アモルファス半導体層９は本発明における放射線感応型の半導体層に相当する。また、キャリア選択性の高抵抗膜７は本発明における高抵抗膜に相当する。また、ゲートライン１９およびデータライン２１は本発明における電極配線に相当する。また、アクティブマトリックス基板２５は本発明におけるマトリックス基板に相当する。【００３７】
そして、共通電極５の外縁部に沿って、少なくともキャリア選択性の高抵抗膜７の上面にバリア層２７が形成されている。また、共通電極５、キャリア選択性の高抵抗膜７，８、アモルファス半導体９、およびバリア層２７を覆うように硬化性合成樹脂膜２９が形成されている。さらに、硬化性合成樹脂膜２９の上面には、絶縁性の補助板３１が形成されている。すなわち、絶縁性の補助板３１は、硬化性合成樹脂膜２９を挟んでアクティブマトリックス基板２５と対面するように配置される。なお、バリア層２７については、後で詳述する。【００３８】
アモルファス半導体層９は、比抵抗１０９Ωｃｍ以上（好ましくは１０１１Ωｃｍ以上）であって、膜厚が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の高純度ａ‐Ｓｅ厚膜である。このａ‐Ｓｅ厚膜は、特に検出エリアの大面積化を容易にすることができる。また、アモルファス半導体層９が薄いと、放射線が変換されることなく透過してしまうので、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚めの膜が用いられる。【００３９】
共通電極５および画素電極１１は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｔａ、Ｉｎ等の金属やＩＴＯ等で形成される。もちろん、アモルファス半導体層９の材料や、電極の材料は上の例示のものに限られない。【００４０】
キャリア選択性の高抵抗膜７は、共通電極５に印加されるバイアス電圧が正バイアスまたは負バイアスかにより、正バイアスでは正孔注入阻止能の高い膜を、負バイアスでは電子注入阻止能の高い膜を採用する。一般に正バイアスで使用される場合、キャリア選択性の高抵抗膜７はＮ型（多数キャリアが電子）の選択膜が使用され、負バイアスで使用される場合、キャリア選択性の高抵抗膜７はＰ型（多数キャリアが正孔）の選択肢が使用される。しかしながら、１０９Ωｃｍ以上の高抵抗領域では必ずしも一般則が成り立たない場合もあるので、Ｐ型層として例示されるＳｂ２Ｔｅ３、Ｓｂ２Ｓ３、ＺｎＴｅ膜などを正バイアスで使用することが効果的な場合もあり得る。Ｎ型層ではＣｄＳ、ＺｎＳ膜などが例示される。高抵抗膜７の比抵抗は、１０９Ωｃｍ以上が好ましい。また、高抵抗膜７の膜厚は０．１μｍ以上５μｍ以下が適当である。【００４１】
補助板３１は、絶縁性基板２３と同程度の熱膨張係数を持つとともに、放射線の透過性の良いものが好ましく、石英ガラス等が使用される。厚さは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が適当である。また、補助板３１は、アモルファス半導体層９に反りを生じないように形成するのであれば、上述した実施の形態に限らず、どのような実施形態を採用してもよい。【００４２】
また、高耐電圧の硬化性合成樹脂膜２９として、本実施例ではエポキシ樹脂を採用する。エポキシ樹脂は、硬度が高く、補助板３１との接着性もよく、また、エポキシ樹脂を硬化する際、４０℃未満の常温にて硬化することができるので、ａ‐Ｓｅを結晶化させることもない。硬化性合成樹脂膜２９として他の樹脂を選択する場合、半導体層にどのような半導体を採用するかによって硬化温度の上限が決まる。上述の通り、ａ‐Ｓｅを使用する場合は、ａ‐Ｓｅが熱によって結晶化しやすいので、４０℃未満の常温で硬化するタイプの合成樹脂を選択する必要がある。【００４３】
これらの硬化性合成樹脂膜２９の形成厚みは、薄すぎると絶縁耐圧が低下し、厚すぎると入射放射線は減衰してしまうので、絶縁性基板２３と補助板１２とのギャップが１ｍｍから５ｍｍ、好ましくは２ｍｍから４ｍｍになるようにする。かかるギャップを確実に形成するため絶縁性基板２３の周辺部に、ＡＢＳ樹脂等からなるスペーサ３３を設けている。このように補助板３１とアクティブマトリックス基板２５との間にスペーサ３３を設けることでギャップを調整することができる。【００４４】
画素電極１１は、２次元アレイ状に多数個形成されているとともに、各画素電極１１に収集されたキャリアを蓄積するキャリア蓄積用コンデンサ１３およびキャリア読み出し用のスイッチ素子１５がそれぞれ１個ずつ設けられている。これにより、本実施例の放射線検出器１は、放射線検出画素である検出素子ＤＵがＸ、Ｙ方向に沿って多数配列された２次元アレイ構成のフラットパネル型放射線センサとなっているので（図２参照）、放射線検出画素ごとに局所的な放射線検出を行うことができ、放射線強度の２次元分布測定が可能となる。【００４５】
また、検出素子ＤＵのスイッチ素子１５のスイッチングを作用する薄膜トランジスタのゲートが横（Ｘ）方向のゲートライン１９に接続され、ドレインが縦（Ｙ）方向のデータライン２１に接続されている。【００４６】
そして、図２に示されるように、データライン２１は、電荷‐電圧変換器群３５を介して、マルチプレクサ３７に接続されている。ゲートライン１９は、ゲートドライバ３９に接続されている。また、放射線センサ部の検出素子ＤＵの特定は、Ｘ方向・Ｙ方向の配列に沿って各検出素子ＤＵへ順番に割り付けられているアドレスに基づいて行われるので、信号取り出し用の走査信号は、それぞれＸ方向アドレスまたはＹ方向アドレスを指定する信号となる。なお、説明の都合上、図２では、３×３画素分のマトリックス構成としているが、実際には、放射線検出器１の画素数に合わせたサイズのアクティブマトリックス基板２５が使用されている。【００４７】
Ｙ方向の走査信号に従ってゲートドライバ３９からＸ方向のゲートライン１９に対し取り出し用の電源が印加されるのに伴い、各検出素子ＤＵが行単位で選択される。そして、Ｘ方向の走査信号に従ってマルチプレクサ３７が切替えられることにより、選択された行の検出素子ＤＵのキャリア蓄積用コンデンサ１３に蓄積された電荷が、電荷‐電圧変換器群３５およびマルチプレクサ３７を順に経て外部に送り出されることになる。【００４８】
つまり、本実施例の放射線検出器１による放射線検出動作は以下の通りである。アモルファス半導体層９の表面側の共通電極５にバイアス電圧が印加された状態で検出対象の放射線を入射させると、放射線の入射によって生成するキャリア（電子・正孔対）は、バイアス電圧によって共通電極５と画素電極１１に移動する。このキャリアの生成した数に相応して画素電極１１側のキャリア蓄積用コンデンサ１３に電荷が蓄積されるとともに、キャリア読出し用のスイッチ素子１５のオン状態への移行に伴って蓄積電荷がスイッチ素子１５経由で放射線検出信号として読み出され、電荷‐電圧変換器群３５で電気信号に変換される。【００４９】
本実施例の放射線検出器１が、例えば、Ｘ線透視撮影装置のＸ線検出器として用いられた場合、各検出素子ＤＵの検出信号がマルチプレクサ３７から画素信号として順に取り出された後、画像処理部４１でノイズ処理等の必要な信号処理が行われ、画素表示部４３で２次元画像（Ｘ線透視画像）として表示されることになる。【００５０】
また、本実施例の放射線検出器１を製作する場合は、絶縁性基板２３の表面に、各種、真空成膜法による薄膜形成技術やフォトグラフィ法によるパターン化技術を利用して、スイッチ素子１５用の薄膜トランジスタおよびキャリア蓄積用コンデンサ１３、画素電極１１、キャリア選択性の高抵抗膜８、アモルファス半導体層９、キャリア選択性の高抵抗膜７、共通電極５等が順に積層形成される。【００５１】
≪バリア層≫
図１および図３を参照する。バリア層２７は、共通電極５の四角形の外縁部に沿って、少なくとも、アモルファス半導体層９の上面に形成されたキャリア選択性の高抵抗膜７の上面に形成される。また、バリア層２７は、共通電極５の側面に隙間を設けずに側面に接してキャリア選択性の高抵抗膜７の上面に形成することが好ましい。しかしながら、このように共通電極５の側面に隙間を設けずに側面に接してバリア層を形成することが難しいので、バリア層２７は、キャリア選択性の高抵抗膜７の上面に加え、共通電極５の上面にも形成される。すなわち、共通電極５の四角形の外縁部に沿って、キャリア選択性の高抵抗膜７と共通電極５とに渡って形成される。また、本実施例では、バリア層２７は、共通電極５の全面を覆わず、共通電極５の中央部には開口部を有するように形成する。【００５２】
また、バリア層２７は、アモルファス半導体層９と硬化性合成樹脂膜２９との化学反応を防止するとともに、硬化性合成樹脂膜２９と接着性を有し、アモルファス半導体層９とは化学反応しない絶縁材料であることが好ましい。すなわち、バリア層２７は、アモルファス半導体層９の上面に形成されたキャリア選択性の高抵抗膜７と硬化性合成樹脂膜２９との間に形成されることで、硬化性合成樹脂膜２９の含有成分とアモルファス半導体層９の上面部分とが化学反応して低抵抗化することを防止する。また、バリア層２７は、硬化性合成樹脂膜２９と密着性を有していることが好ましい。それにより、密着性が無い場合には、温度変化による熱膨張および収縮の繰り返しにより、バリア層２７と硬化性合成樹脂膜２９との界面で剥離が生じてしまう等、強度の面で不十分なものとなり、反りや亀裂を抑える効果が低減してしまう。また、バリア層２７の材料は、アモルファス半導体層９が化学反応しないものを使用することが好ましい。【００５３】
具体的には、バリア層２７は、アモルファス半導体層９と反応してアモルファス半導体層９の表面を低抵抗化してしまうアミン系材料を含まない合成樹脂、すなわち非アミン系合成樹脂であることが好ましい。また、バリア層の形成は４０℃未満の温度で形成されることが好ましい。【００５４】
バリア層２７に用いられる非アミン系合成樹脂として、非アミン系溶剤を溶解させたアクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、合成ゴム等が挙げられる。また、非アミン系溶剤としては、トルエン、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、キシレン、または、ジクロロベンゼン等のいずれか単体または混合物が挙げられる。【００５５】
バリア層２７の膜厚は、少なくともキャリア選択性の高抵抗膜７の厚みよりも厚いことが好ましい。高抵抗膜７よりも薄い場合、硬化性合成樹脂膜２９の含有成分がバリア層２７を透過してしまうおそれがある。また、バリア層２７の膜厚は、５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下であることが好ましい。バリア層２７の膜厚が厚すぎると（５００μｍよりも大きい場合）、バリア層２７の熱膨張応力が無視できなくなり、絶縁性合成樹脂膜等の他の膜との剥離等の問題が生じるおそれがある。なお、本実施例では、キャリア選択性の高抵抗膜７の厚みは１μｍ程である。【００５６】
≪実験結果１≫
アクティブマトリックス基板２５上に、真空蒸着法を用いて、順番にＳｂ２Ｓ３膜（高抵抗膜８）、ａ‐Ｓｅ層（アモルファス半導体層９）、Ｓｂ２Ｓ３膜（高抵抗膜７）、Ａｕ電極（共通電極５）を形成した後、ディスペンサ法を用いて、ポリウレタン樹脂を酢酸ブチルで希釈した溶液をＡｕ電極の外縁部に沿って描写して滴下し、４０℃未満で常温乾燥することで、図１および図３に示すような領域にポリウレタン樹脂のバリア層２７を形成した。その後、スペーサ３３を介して、ガラス製の補助板３１をかぶせてエポキシ樹脂（硬化性合成樹脂膜２９）を注入・硬化させることで、本実施例の放射線検出器１を作製した。また、比較用としてバリア層２７を形成していない従来型の放射線検出器（図１３）も作製した。そして、４０℃１４ｋＶの条件の下、加速試験を行い、加速試験８４日後のＡｕ電極外縁部を観察すると、本実施例の放射線検出器１にはトリーの発生がなかったが、従来型の放射線検出器には、図４に示すような、トリーの発生が確認された。また、図５は、別途作製した放射線検出器のバリア層２７塗布の有無による境界部のトリーの発生の違いを示す写真である。非塗布部のＡｕ電極外縁部にのみにトリーが発生していることで、バリア層２７の効果が確認できる。【００５７】
≪実施例１の効果≫
以上のような放射線検出器１の構成によれば、共通電極５の外縁部に沿って、キャリア選択性の高抵抗膜７の上面にバリア層２７が形成されているので、絶縁性合成樹脂膜（エポキシ樹脂等）２９の含有成分であるアミン系化合物がキャリア選択性の高抵抗膜７に浸透してアモルファス半導体層９と反応することにより、アモルファス半導体層９が低抵抗化してしまうことを防止することができる。また、バリア層２７を形成する材料は、硬化性合成樹脂膜２９と密着性を有するものを使用している。そのため、温度変化によって膨張および収縮することにより、バリア層２７と硬化性合成樹脂膜２９との界面で剥離してしまう等、強度が不十分なものとなり、反りや亀裂を抑える効果が低減する問題を解消することができる。また、バリア層２７を形成する材料は、アモルファス半導体層９と反応してしまうアミン系化合物を含まないものを使用している。そのため、バリア層２７の含有成分がキャリア選択性の高抵抗膜７に浸透してアモルファス半導体層９と反応することにより、アモルファス半導体層９が低抵抗化することを防止することができる。また、バリア層２７を形成する材料は、４０℃未満の常温で硬化することができるものを使用しているので、バリア層を硬化するときの熱で半導体層が結晶化して低抵抗化してしまうことを防止することができる。これにより、共通電極５から発生する沿面放電を防止することができるので、電界が集中する共通電極外縁部の沿面放電によるライン状のノイズの発生を防止することができる。【００５８】
なお、図１７に示すように、共通電極５、キャリア選択性の高抵抗膜７，８、およびアモルファス半導体層９の露出している表面全体にバリア層２７Ｅを形成した放射線検出器と同様に、沿面放電を防止することができる。しかしながら、図１７に示す放射線検出器のように、露出している表面全体にバリア層２７を形成しないので、バリア層２７の形成を容易にすることができるとともに、バリア層２７の材料コストを抑制することができる。
【実施例２】
【００５９】
次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。図６は、放射線検出器の構成を示す概略平面図である。なお、実施例１と説明が重複する部分については説明を省略する。【００６０】
実施例１では、バリア層２７を、共通電極５に外縁部に沿ってキャリア選択性の高抵抗膜７の上面に形成した。しかしながら、この構成に限られない。例えば、共通電極５の辺部よりも頂点に近づくほどトリーの成長が速くなるので、共通電極５の頂点部分に限定した領域のキャリア選択性の高抵抗膜７の上面にバリア層２７Ａを形成してもよい。【００６１】
図６を参照する。バリア層２７Ａは、共通電極５の外縁部に沿ってキャリア選択性の高抵抗膜７の上面に形成する領域の内、共通電極５の頂点周辺部分に限定した領域の上面に形成する。共通電極５の形状が四角形の場合、四角形の頂点である４箇所の近辺にバリア層２７Ａを形成する。【００６２】
≪実験結果２≫
図７および図８は、図１３に示すような、バリア層を形成していない従来型の放射線検出器を使用して４０℃１４ｋＶの条件下で加速試験を行った後の共通電極１０５の外縁部の光学顕微鏡写真である。図７は、加速試験３日後の樹状放電痕であるトリーの発生を示しており、共通電極１０５の頂点部分にのみからトリーが発生していることが確認される。また、図８は、加速試験２０日後のトリーの発生を示しており、図７の加速試験３日後に比べ、共通電極１０５の頂点部分に発生していたトリーが成長していることが確認される。また、共通電極１０５の辺部にもトリーが発生している様子が確認される。したがって、共通電極１０５の形状が四角形である場合、辺部分より頂点部分に近づくほどトリーの成長が速くなることがわかった。【００６３】
≪実施例２の効果≫
このような構成を備えた放射線検出器１Ａによれば、共通電極５の最も電界が集中する頂点部分だけにバリア層２７Ａを形成することで、沿面放電現象の大部分を抑止することができる。また、図６に示すように、実施例１よりもさらにバリア層２７Ａの形成領域を減少することができるので、より容易にバリア層２７Ａを形成できるとともに、バリア層２７Ａ材料等のコストをより抑制することができる。【００６４】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。【００６５】
（１）上述した各実施例では、バリア層２７，２７Ａは、非アミン系合成樹脂を非アミン系溶剤で溶解して塗布し、４０℃未満の温度で乾燥させて硬化させていた。しかしながら、これに限られない。例えば、バリア層２７，２７Ａに、紫外線等の光照射により硬化させることで形成する光硬化性樹脂を採用してもよい。加熱することなく硬化することができるとともに、硬化時間を短縮して形成することができる。なお、光硬化性樹脂として、メルカプトエステルを配合したアクリル系の樹脂が挙げられる。【００６６】
（２）上述した各実施例では、バリア層２７，２７Ａは、ディスペンサ法によって、共通電極５の外縁部に沿って、描写してまたは連続してバリア層２７，２７Ａの材料を塗布していた。しかしながら、これに限られない。例えば、バリア層２７，２７Ａは、真空蒸着法によって形成部分以外は金属製のマスクで覆い、非アミン系合成樹脂を上述した所定の位置に被着させて形成しても良い。この場合、非アミン系合成樹脂としては、ポリパラキシリレンであることが好ましい。【００６７】
（３）上述した各実施例では、共通電極５の形状は四角形であったが、三角形、五角形等の多角形の形状をした共通電極を採用してもよい。【００６８】
（４）上述した実施例１では、バリア層２７は、共通電極５の外縁部に沿ってキャリア選択性の高抵抗膜７の上面に同程度の幅で形成された。しかしながら、これに限られない。例えば、トリー現象が発生しやすい共通電極５の頂点部分に形成するバリア層２７の幅を大きくし、共通電極５の辺部はバリア層２７の幅を頂点部分よりも小さくするようにして、バリア層２７を形成するようにしてもよい。また、バリア層２７は、共通電極５の外縁部に沿って連続して形成されたが、一部、バリア層２７を形成しない領域を備えてもよい。また、共通電極５の中央部には開口部を有するようにバリア層２７を形成したが、開口部が有しないバリア層２７を形成してもよい。【００６９】
（５）上述した各実施例では、平面視でバリア層２７，２７Ａの頂点部分には角がある形状をしていたが、例えば、角部分に丸みのついた形状のものでもよい。【００７０】
（６）上述した各実施例では、マトリックス基板としてアクティブマトリックス基板２５を採用したが、パッシブマトリックス基板を採用してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2011042930.tif 000021
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